環保機械設計制造及其自動化的發展研究

茅洪菊，韓飛飛

（中國天楹股份有限公司，南通 226600）

1 前言

2021年5月的Yellow Tables數據顯示，在全球排名前50機械設計制造商企業中，我國機械制造企業排名穩步上升，排名前3—5名的皆為我國機械設計制造企業，這也從側面上反映出我國機械設計制造行業穩健的發展形勢。作為推動我國經濟發展的支柱性行業，機械制造行業在加快社會建設進程方面發揮的作用不容忽視，一方面，機械制造行業為各行業生產生活提供了相應的儀器設備；另一方面，機械制造行業的進步也有助于我國工業體系的完善。整體而言，現階段我國機械行業所應用的自動化技術已經體現出一定的成熟性，且其隨著機械行業的發展也在持續完善、更新。在新的時代背景下，相關主體要結合時代發展形勢，探索機械制造行業新的發展方向。

2 機械設計制造與其自動化發展概述

所謂機械設計制造自動化，指的是在產品設計、加工等環節，應用功能先進的設備和技術，對產品生產加工環節予以把控，以保障產品生產加工質量良好。隨著時代的進步，產品生產技術也會從機械化向數字自動化方向過渡，提升產品生產速度和加工質量。作為一門綜合性學科，機械設計制造與多門學科相關聯，內容相對廣泛。相比于傳統層面的機械制造發展而言，機械設計制造與其自動化發展具有明顯的人性化、智能化和科學化等特點，可滿足更多行業發展需求，提升產品性能，完善產品功能。

3 環保機械設計制造與其自動化發展原則

3.1 關注原材料性能

在機械設計與制造階段，原材料直接關系到機械設備環保性，因此，有關主體要在設計制造階段，關注原材料性能，強化材料篩選力度，確保其契合節能環保設計要求。第一，應關注材料耐久性，通過選擇耐久性更優的材料，提高材料綜合利用率，發揮材料性能優勢，延長設備使用周期。第二，盡可能選擇輕量化的材料，降低設備自重。

3.2 落實設備減震降噪工作

一般而言，機械設備造型奇特、體積較大，故其在具體運行期間，普遍會產生較強噪音，形成噪聲污染。而在環保節能設計觀念影響下，則需落實機械設備減震降噪工作，結合機械設備具體特征、噪聲來源以及噪聲傳播方式，選擇合理的原材料，合理優化相關結構件，強化動力裝置應用有效性。部分情況下，也可選擇應用消聲設備和隔聲隔震裝置等，實現減震降噪目標。

3.3 彰顯自動智能特征

將自動化、智能化技術應用于機械設計制造環節，可突破傳統設計模式的局限性，強化設計效果，同時還可推動綠色節能環保目標的實現。機械系統內所含有的程序、傳感、控制和作業等模塊，可密切配合，協同運作，提升機械運行效率和操作便捷性，彰顯出設備多樣化的功能[1]。另外，智能化技術的應用，也賦予了機械系統對產品生產全過程進行智能化監測與控制的功能。

3.4 契合節能減排理念

目前，社會公眾愈發關注機械設計制造與其自動化發展的節能性和環保性。且相關調查顯示，在我國社會總耗能中，機械能耗占據了較高的比例，故需關注機械設備節能設計工作。相關主體在選擇機械設備期間，要選擇負載合理的、性能優良的設備，降低設備耗能，同時，在進行機械設備設計制造工作時，也要對其運行工序加以優化和調整，提升設備滿載率。在機械設備運行管理階段，要安排專業技術人員，計算設備運行耗能，在發現設備存在異常情況時，及時處理設備問題。

3.5 考慮機械設備功能要求

機械設計制造與其自動化發展對社會各行業生產效率和質量的提升大有裨益，對于機械設備生產、管理而言，更是有著深遠的影響。為最大程度發揮自動化技術應用于機械設計制造領域的價值，設計人員在設計機械設備時，要綜合考慮機械設備功能要求和安全管理核心，完善優化設備功能，保障機械設備應用的靈活性。

3.6 積極應用先進技術

各項先進技術的應用，可為機械設計制造與其自動化發展提供不竭的動力，相關主體可結合實際需要，針對性生產機械產品，提升機械設計制造智能化水準。

4 機械設計制造與其自動化發展的價值

4.1 可提升產品生產能力和加工質量

在機械設計制造自動化背景下，相關生產主體可結合實際情況，對產品生產加工環節靈活加以控制。同時，依托自動化技術，機械設備自動化控制與自動化檢測的精確度皆會顯著提升，機械設計制造系統能夠遵循相關規范標準，科學高效地完成一系列操作。另外，依托自動化技術，機械產品生產效率和加工穩定性也會大幅度提升，機械設備靈活的工作方式也可有效縮短產品加工周期。

4.2 可保障產品加工安全性與可靠性

自動化技術的應用，使機械設備產品制造加工階段的監督控制、診斷和保護機制得以完善，如在產品生產加工環節出現電路故障等問題，系統會對應啟動保護措施，將事故危害控制在一定范圍內[2]。同時，機械設備所應用的各種類型的電子元器件，也會最大程度地降低機械設備在生產加工環節存在的磨損問題，保障產品加工安全性、可靠性。

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4.3 可改善機械設備運行性能

在機械設備自動化、智能化背景下，相關主體可結合機械產品具體加工制造要求，優化產品加工工藝，生產出不同類型的機械產品，以滿足不同對象的需求。同時，依托各項先進技術，相關主體也可將產品信息納入到機械設備自動化控制系統，完善產品加工流程，改善機械設備運行性能。

4.4 可優化產品生產勞動條件

機械設計制造自動化形勢下，產品生產速度顯著加快，同時，基于自動化技術的特征，相關主體可將機械設備應用于技術、知識密集型產品的生產加工實踐中，最大程度地解放人力資源，實現產品現代化生產目標。

4.5 可節省生產加工資源和能耗

在資源節約型社會建設目標背景下，相關主體在生產機械設計制造產品時，要在關注產品質量的前提下，嚴格把控生產加工資源和能源的消耗，依托自動化技術，調節產品生產資源和能源供應，進而實現理想的節能生產目標。

5 機械設計制造自動化的具體應用案例

本環節選擇具體的化工生產案例，以W3150型立式銑削數控加工中心為對象進行研究。

5.1 方案總體設計

本方案又可細分為包含刀具、零部件和數控加工等小案例，各子系統和總系統之間聯系密切。同時，將大型裝備數控機床作為總體案例，將立式銑削數控加工中心內關鍵參數和主要構成科學進行拆分，構成子案例，包括工程圖紙、軸承、齒輪傳動和氣缸等[3]。一般而言，機械設計制造項目主要將產品生產、開發、設計等環節存在的技術問題作為研究內容，而單純的應用文字和數據往往難以準確表達工程問題，此時則需要引進自動化技術。相關人員在應用先進技術劃分大案例時，要重點思考如何從立式銑削數控加工中心抽出典型的子系統，同時還需重點考慮電氣元件供應等問題。

5.2 鍋爐汽包水位控制

立足工業生產加工實踐可知，作為一項生產蒸汽的關鍵設備，鍋爐汽包在W3150型立式銑削數控加工中扮演著重要的角色，相關人員在合理應用該項設備的基礎上，可促進產品加工產量大幅度提升。基于此，相關人員需引進自動化技術，嚴格控制鍋爐汽包液位高度，確保其液位在合理范圍內。

圖1 汽包水單沖量控制系統

二是從雙沖量控制系統來看，在蒸汽負荷發生變化后，會增加汽包水控制工作難度，此時相關人員需結合蒸汽流具體變化情況，有效調整汽包水位，減少水位波動。

三是從三沖量控制系統來看，為最大程度降低給水系統的影響，規避雙沖量控制系統的安全隱患，可應用三沖量控制系統，發揮多通道控制器功能，完成相應的控制工作。

5.3 冷卻器控制方案

針對冷卻器的控制，主要提出兩大點控制方案：一方面，需對冷卻劑流量加以控制，通常情況下是通過改變傳熱面積和速率實現。此種控制方式具有保守性特點，需要相關人員充分利用冷量，且要盡可能地避免其對壓縮機入口壓力產生影響。但此種操作方式并不方便，在操作期間氣體蒸發空間難以保障，如操作不當，還可能造成壓縮機損壞。因此，相關人員在對冷卻器加以控制時，要科學把控物料進出口溫度，合理控制液位上下限，確保系統內部蒸發空間充足。總而言之，在機械設計制造自動化裝置和被控制工藝設備間設計無人化、全自動控制系統，操作人員利用計算機設備即可關注裝置整體變化，保障產品生產的可靠性和安全性，最大程度地降低人員工作強度。

6 機械設計制造及其自動化發展展望

未來，機械設計制造與其自動化發展將呈現出如下四點特征。

6.1 網絡化特征

日前，信息網絡技術已與全球經濟發展融于一體，對現代工業生產、政治軍事和教育等產生了顯著的影響。機械設計制造與其自動化發展也需要相關人員以網絡平臺為媒介，指導產品設計加工過程。同時，依托網絡技術，各生產主體還可通過網絡平臺進行技術交流，實現機械設計產品加工網絡化和自動化目標。

6.2 模塊化特征

嚴格來說，產品生產加工設計模塊化發展屬于一項長期、復雜的工程，依托自動化技術，硬件模塊化發展可為數控系統集成化、標準化發展提供助力。相關主體在進行機械設計制造加工工作時，也可結合實際需求，靈活調整CPU、PLC和存儲器等位置，進而通過增刪替換構建檔次不同的數控系統。現階段，機械設計制造產品生產廠家和生產類型體現出多元化特點，一定程度上也增加了電氣、機械等接口自動化設計、開發工作的難度，而在未來，依托自動化技術，則可構建集智能、研發減速、電動機設備為一體的動力單元，在實現新產品開發設計目標的同時，也可擴大產品生產規模。

6.3 綠色環保特征

工業的發展進步豐富了社會公眾的物質生活，提升了社會公眾的生活品質。而在當前，面對社會資源數量銳減的趨勢，如何應用先進技術減少各行業發展階段的能源消耗開始成為一項社會熱點問題。將自動化技術應用于工業生產領域，可推動工業綠色化、環保化發展目標高效達成。

6.4 智能化特征

新發展階段，智能化已經成為機械設計制造自動化發展的重要方向，智能化技術充分融合了運籌學、模擬數學和人工智能等學科知識，相關主體可在模擬人工智能技術的過程中，對產品生產活動進行準確判斷和分析，實現降低產品作業消耗目標。

7 結論

總而言之，新的時代背景下，自動化技術與社會各領域深度融合，機械設計制造與其自動化的發展既可以提升產品生產效率和質量，又可保障產品生產穩定性和安全性。因此，文章對機械設計制造與其自動化的發展進行了深入的研究，旨在實現機械自動化一體化生產目標的基礎上，推動我國機械工業長遠、穩定發展。